[发明专利]一种并网电压受控型逆变器的非线性下垂控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器控制方法，尤其是涉及一种并网电压受控型逆变器并入感性电网时的非线性下垂控制方法，属于逆变器控制领域。

背景技术

近年来，随着越来越多的可再生能源接入电网，以及信息技术、电力电子技术的广泛应用，传统的电力系统形态正发生改变。这其中一个重要的变化就是发电设备通过一个电力电子变换器接入电网，如逆变器。与传统同步机相比，电力电子变换器控制有更大的灵活性，可以通过控制设计实现同步机所不具有的功能。

下垂控制在电压受控型逆变器中有着广泛的应用，普通下垂控制的原理有相当多的文献进行过研究(例如ROCABERT J,et al.Control of power converters in AC microgrids[J].IEEE Trans Power Electron,2012,27(11):4734-49.)。通过下垂控制，可以实现负荷在多个逆变器之间的自动均分，也可以实现电源对电网的支持功能。下垂控制通常可以分为线性下垂和非线性下垂两种。线性下垂的输出电压频率、幅值与其有功、无功呈现线性关系，功率分配呈现线性特点；非线性下垂的输出电压频率、幅值与其有功、无功呈现非线性关系，可实现非线性的功率分配。

目前，非线性下垂主要应用于孤岛运行微电网中的逆变器，尚未用于并网运行的逆变器，且由于下垂的非线性特性，对于其稳定特性和相应的控制策略也尚未有详细研究。

发明内容

为了将非线性下垂控制策略运用于并入感性电网运行的电压受控型逆变器，本发明提出了一种并网电压受控型逆变器的非线性下垂控制方法，本发明的具体方案如下：

一种并网电压受控型逆变器的非线性下垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、设计具有非线性特性逆变器输出频率与有功功率之间的下垂关系曲线，使得逆变器可以为电网提供非线性的有功/频率支持，所述曲线为分段函数，如下：

式中，P为逆变器输出功率，f(P)为逆变器输出频率，f_L1(P)…f_LN(P),f_R1(P)…f_RN(P)为组成f(P)的函数，P_fL1,…P_fLN，P₀，P_fR1,…P_fRN为分段函数的分段点，特别地，P₀为功率给定值，且f(P₀)＝50Hz，即为电网额定频率。

(2)、设计随输出有功功率变化而自适应变化的逆变器虚拟电抗，提高逆变器并网运行的稳定性，按如下方式实现

X_vir＝X(P)-X_phy

式中，X(P)为物理电抗和虚拟电抗之和，是一个关于逆变器输出功率的分段函数，X_phy为物理电抗，即为线路电抗与逆变器输出电抗之和。

进一步地，所述步骤(1)曲线在正常频率附近的斜率较大，随着频率逐渐偏离正常频率，关系曲线的斜率逐渐变小。

进一步地，所述分段函数的各个函数分段连续可导，导数的绝对值在正常频率附近较大，远离正常频率处较小，即满足：

|f_LN′(P),P_LN≤P<P₀|≥...≥|f_L2′(P),P_L2≤P<P_L3|≥|f_L1′(P),P_L1≤P<P_L2|

|f_RN′(P),P₀≤P<P_RN|≥...≥|f_R2′(P),P_R3≤P<P_R2|≥|f_R1′(P),P_R2≤P<P_R1|

进一步地，步骤(1)中，

式中，P₀为功率给定值，通过改变P₀可以改变逆变器的输出功率，这个值可以来自三次控制，也可以提前预设。考虑到电网电抗的影响，逆变器的无功下垂曲线仍设计为线性。